心臓は自律的に動いているわけではなく、右心房にある「洞房結節」という微小な細胞群がその働きを制御している。この部位が電気信号を発生させることで、心臓は一定のリズムで収縮する。しかし、この結節が機能不全に陥ると、命に関わる不整脈を招くことになる。これまで唯一の確実な治療法は金属製のペースメーカーであった。だが、この複雑な仕組みを生きた細胞で再現することは可能なのだろうか。
上海生化学・細胞生物学研究所の研究チームは、この分野で極めて重要な一歩を踏み出した。彼らはヒトの多能性幹細胞を用い、単なる拍動する組織の枠を超えた、本格的な3次元構造を持つ洞房結節のオルガノイドをシャーレの中で作成することに初めて成功したのである。学術誌「Cell Stem Cell」に掲載されたこの研究成果は、いわゆる「生物学的ペースメーカー」の構築について詳述している。
最大の難関は、単に細胞を収縮させることではなく、いかにして神経系の指令に従わせるかという点にあった。生体内において心拍数は、脳からの信号によって絶えず調整されている。このプロセスを模倣するため、上海の生物学者たちは、リズムを刻むペースメーカー・オルガノイドと、神経細胞が豊富な神経節細胞塊を統合させた。
実験は成功を収め、神経線維が人工的な結節の内部へと自発的に成長し、分子信号を介してその「鼓動」の頻度を調節し始め、自然のメカニズムが忠実に再現された。
なぜこれほどまでに精緻なモデルが必要だったのか。マウスを用いた不整脈の研究は効率が悪く、彼らの心拍は速すぎる上に、生きたヒトの洞房結節のサンプルを入手することは事実上不可能だからである。今回の「神経・結節・心房」から成る3要素モデルにより、研究者はラボ内で遺伝性不整脈を再現できるようになった。特定の変異を導入して心拍の低下を確認した後、カリウムチャネル遮断薬をテストしたところ、心拍を正常に戻すことに成功したのである。
これは、体内に埋め込むチタン製デバイスの時代が終焉を迎えることを意味するのだろうか。現時点では、答えは「ノー」だ。このような生物学的構造物を実際の患者に移植できるようになるまでには、細胞の長期生存から拒絶反応の防止に至るまで、解決すべき安全上の課題が山積している。それでも、技術的な基礎は築かれたと言えるだろう。開発されたプラットフォームは、すでに本物のヒト組織を用いて新しい不整脈治療薬を試験することを可能にしており、将来の個別化医療の実現を大きく手繰り寄せている。
